加筋土整体式桥台地震响应数值分析

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1、加筋土整体式桥台地震响应数值分析(申请清华大学工学硕士学位论文)培养单位：土木工程系学科：土木工程研究生：刘鹏飞指导教师:徐明副教授二○一五年六月NumericalAnalysisofGeosynthetic-ReinforcedSoilIntegralAbutmentSubjectedtoSeismicLoadsThesisSubmittedtoTsinghuaUniversityinpartialfulfillmentoftherequirementforthedegreeofMasterofScienceinCivilEngineeringbyLiuPengfeiTh

2、esisSupervisor:AssociateProfessorXuMingJune,2015摘要摘要传统简支桥梁的支座和伸缩缝要经常维修和更换，全生命周期成本高，且抗震性能差。整体式桥的桥身与桥台刚性连结，取消了支座和伸缩缝，具有很好的抗震性能。但是目前对全高整体式桥动力响应的研究较少，还没有关于整体式桥台后动土压力计算的规范。针对整体式桥台后的回填土会产生过大土压力和沉降变形问题，学者提出加筋土整体式桥的概念，但对其地震响应还很不清楚。本文在FLAC2D上开发能反映土体循环荷载下滞回性的非线性滞回模型。对单跨全高整体式桥的动力响应进行数值计算及参数分析。然后对加筋土整

3、体式桥的动力响应进行模拟计算与参数分析。具体内容如下：（1）应用FISH语言二次开发出反映土体动力滞回性、压硬性和非线性的本构模型，用土柱单元对该模型进行数值验证。利用该模型对基坑的存在对场地地震响应的影响这一具有工程意义的问题进行数值模拟。（2）对单跨全高整体式桥的动力响应进行数值模拟，结果表明，桥身和桥台的刚性连结会显著影响桥台的动力响应。现有桥台抗震设计规范中所采用M-O方法不能正确反映整体式桥台后水平土压力的分布形式与合力作用点位置，偏不安全。参数分析表明：地震峰值加速度增大和桥梁跨度增加使桥身惯性力增加，导致水平土压力、顶部弯矩、顶部水平位移等增大；桥台高度增加，

4、桥台的变形模式由转动变为弯曲；设置可压缩材料后，水平土压力分布变均匀，最大土压力显著减小，但是桥台产生更大的弯矩。（3）对加筋土整体式桥台进行数值模拟，结果表明：传统支座桥台、加筋土传统支座桥台、整体式桥台、加筋土整体式桥台等四种桥台的抗震性能依次提高。0.4m厚的加筋土整体式桥台相较于1m厚的整体式桥台，位移不增加、自振频率不变、弯矩显著降低，且所需钢筋明显减少。桥台厚度较小或高度较大时，加筋土整体式桥台具有显著优势。（4）对加筋土整体式桥台的参数分析表明：桥台高度较大时，加筋土能显著减小桥台的弯矩和位移；筋材的刚度和长度超出一定数值后，对桥台抗震性能的提高帮助不大；筋材

5、的层间距对桥台的地震反应几乎没有影响。（5）针对地表残余沉降突变问题进行了优化设计，结果表明：上部长度大而下部长度小的筋材布置能够很好地解决桥台后地表的沉降突变问题。关键词：整体式桥；动力反应；非线性滞回模型；数值分析；加筋土整体式桥IAbstractAbstractThebearingsandexpansionjointsinconventionalsimplysupportedbridgesshouldberepairedandreplacedregularly.Thiscangreatlyincreasesthelifecyclecostofbridges.Simpl

6、ysupportedgirderbridgessufferedthemostseveredamageduringearthquakes.Integralbridgeshavenobearingsorjointsbetweenthedecksandabutmentsandthuscansignificantlyreducemaintenancerequirementsandcostsoverabridge’sservicelife.Thesuperstructuresandabutmentsarerigidlyconnectedinintegralbridges.Thisal

7、lowsforremarkablyincreasedredundancyandcontinuity,whichareexpectedtohavemuchhigherseismicstability.Therewasalackofresearchontheseismicbehavioroffull-heightintegralabutments.Thereisnocommondesigncodeforthecalculationofseismicpressureofintegralabutment.Sincelarg